FR3105069A1 - Composition composite polymérique comprenant deux zones comportant différents renforcements, son procédé de fabrication, son utilisation et article le comprenant - Google Patents

Composition composite polymérique comprenant deux zones comportant différents renforcements, son procédé de fabrication, son utilisation et article le comprenant Download PDF

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Abstract

COMPOSITION COMPOSITE POLYMÉRIQUE COMPRENANT DEUX ZONES COMPORTANT DIFFÉRENTS RENFORCEMENTS, SON PROCÉDÉ DE FABRICATION, SON UTILISATION ET ARTICLE LE COMPRENANT La présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), tandis que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1). En particulier, la présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2) qui sont en contact direct, au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), tandis que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1). L’invention concerne en outre un procédé pour la fabrication d’une telle composition composite polymérique (CCP) et l’utilisation. La présente invention concerne également un procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux composé(e)s du matériau composite comprenant ladite composition composite polymérique (CCP).

Description

COMPOSITION COMPOSITE POLYMÉRIQUE COMPRENANT DEUX ZONES COMPORTANT DIFFÉRENTS RENFORCEMENTS, SON PROCÉDÉ DE FABRICATION, SON UTILISATION ET ARTICLE LE COMPRENANT
La présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), tandis que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
En particulier, la présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2) qui sont en contact direct, au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), tandis que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1). L’invention concerne en outre un procédé pour la fabrication d’une telle composition composite polymérique (CCP) et son utilisation.
La présente invention concerne également un procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant ladite composition composite polymérique (CCP).
Les polymères thermodurcissables et notamment les polymères thermoplastiques sont des matériaux qui sont largement utilisés aujourd’hui dans plusieurs domaines et applications, par exemple dans les secteurs de la construction, de l’aéronautique, de l’automobile ou ferroviaire, où ils font partie de pièces mécaniques.
Ces pièces mécaniques qui doivent supporter des contraintes élevées pendant leur utilisation sont largement fabriquées à partir de matériaux composites. Un matériau composite est une combinaison macroscopique de deux matériaux immiscibles ou plus. Le matériau composite est constitué d’au moins un matériau qui forme la matrice, c’est-à-dire une phase continue qui assure la cohésion de la structure, et d’un matériau de renforcement.
L’objectif de l’utilisation d’un matériau composite est d’obtenir des qualités de performance qui ne peuvent pas être obtenues à partir de chacun de ses constituants lorsqu’ils sont utilisés séparément. Par conséquent, les matériaux composites sont largement utilisés dans plusieurs secteurs industriels, par exemple le bâtiment, l’automobile, l’aérospatial, les transports, les loisirs, l’électronique, et les sports, notamment en raison de leurs meilleures performances mécaniques (résistance à la traction plus élevée, module de traction plus élevé, ténacité à la rupture plus élevée) et de leur faible densité, par rapport à des matériaux homogènes.
Afin de permettre le thermoformage et le recyclage, il est préféré d’utiliser des polymères thermoplastiques également dans des matériaux composites, au contraire des polymères thermodurcissables.
Les polymères thermoplastiques sont constitués de polymères linéaires ou ramifiés, qui ne sont habituellement pas réticulés.
En fonction de l’application et de l’utilisation du matériau composite polymérique, il est souvent requis d’avoir une combinaison de différents matériaux et de propriétés mécaniques variables, qui devraient avoir ou doivent avoir de plus une très bonne adhésion entre eux.
Un objectif de la présente invention est de proposer une composition composite polymérique comprenant au moins deux zones (Z1) et (Z2) possédant des propriétés mécaniques différentes et une bonne adhésion entre ces deux zones.
Une composition composite polymérique (CCP) possédant une fenêtre est décrite dans le document WO2014/135810. Le document divulgue un procédé pour la fabrication d’un matériau composite multicouche comprenant une couche de surface comprenant un polymère thermoplastique A, une couche de substrat comprenant un matériau composite polymérique à base d’une matrice polymère (méth)acrylique thermoplastique et d’un matériau fibreux de renforcement, et qui permet la formation d’une ou plusieurs fenêtres comprenant un matériau thermoplastique, qui peut être transparent.
Une composition possédant des propriétés mécaniques différentes et une bonne adhésion et son procédé de préparation n’est pas suggérée dans ces documents.
[PROBLÈME TECHNIQUE]
L’objectif de l’invention est, par conséquent, de remédier à au moins l’un des inconvénients de l’art antérieur.
Un objectif de la présente invention est de proposer une composition composite polymérique (CCP) possédant au moins deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), et que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), et possédant une bonne adhésion entre les deux zones sous des forces ou des contraintes et les deux zones possédant des propriétés mécaniques différentes.
Un autre objectif de la présente invention est également d’avoir une composition composite polymérique (CCP) possédant au moins deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), et que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), qui sont en contact direct et ne comprennent préférablement pas de couche de liaison de colle ou d’adhésif.
Un objectif supplémentaire de la présente invention est également d’avoir une composition composite polymérique (CCP) possédant au moins deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), et que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), de sorte qu’une composition composite polymérique peut être de conception complexe et au moins une zone contribue au renforcement mécanique local.
Encore un autre objectif de la présente invention est également d’avoir un procédé pour la fabrication d’une composition composite polymérique (CCP) possédant au moins deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), et que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), et possédant une bonne adhésion entre les deux zones sous des forces ou des contraintes.
Encore un autre objectif de la présente invention est d’utiliser une composition composite polymérique (CCP) possédant au moins deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), et que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1) pour la production de pièces mécaniques ou d’éléments structurés ou d’articles ayant une conception complexe.
[BRÈVE DESCRIPTION DE L’INVENTION]
Il a été découvert qu’une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), produit un composite polymérique ou une composition composite polymérique qui peut être de conception complexe et au moins une zone contribue au renforcement mécanique local.
Il a aussi été découvert qu’un procédé pour la fabrication d’une composition composite polymérique (CCP) comprenant les étapes de:
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC
produit un composite polymérique ou une composition composite polymérique qui peut être de conception complexe et au moins une zone contribue au renforcement mécanique local.
Il a été également découvert qu’une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1); peut être utilisée en tant que composite polymérique ou composition composite polymérique qui permet une conception complexe et qu’au moins une zone contribue au renforcement mécanique local.
Il a aussi été découvert qu’un procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant la composition composite polymérique (CCP), ledit procédé comprenant les étapes de :
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC
v) utilisation du produit obtenu de l’étape iv) en tant qu’article ou dans un article ou transformation du produit obtenu en un article
produit des articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux de conception complexe et possédant au moins une zone qui contribue au renforcement mécanique local.
La figure1 représente différents modes de réalisation soit selon l’art antérieur, soit selon l’invention en vue supérieure. La composition composite polymérique se trouve sous forme d’une feuille.
La figure 1a) représente une feuille composite (10) dotée de fibres courtes (15).
La figure 1b) représente un mode de réalisation selon l’invention d’une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) comprenant deux zones (Z1) (30) et (Z2) (20). La zone (Z2) (20) ne comprend pas de matériau de renforcement et la zone (Z1) (30) comprend un matériau de renforcement (RM1) sous forme de fibres courtes (15). La zone (Z2) (20) dans cette figure est composée d’un matériau transparent et les fibres de la zone (Z1) (30) peuvent être vues à travers la zone (Z2) (20).
La figure 1c) représente un mode de réalisation selon l’invention d’une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) comprenant deux zones (Z1) (30) et (Z2) (20). La zone (Z2) (20) comprend un mat fibreux (16) composé de fibres longues ou continues en tant que matériau de renforcement (RM2) et la zone (Z1) (30) comprend un matériau de renforcement (RM1) sous forme de fibres courtes (15).
La figure 1d) représente un mode de réalisation selon l’invention d’une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) comprenant deux zones (Z1) (30) et (Z2) (20). La zone (Z2) (20) comprend une charge minérale sous forme de particules (17) en tant que matériau de renforcement (RM2) et la zone (Z1) (30) comprend un matériau de renforcement (RM1) sous forme de fibres courtes (15).
La figure 2 représente une vue latérale de différents modes de réalisation selon l’invention. La composition composite polymérique (CCP) se trouve sous forme d’une feuille (10). La figure 2a) est une vue latérale de la figure 1b) dans le centre de la feuille (10). La figure 2b) est une vue latérale de la figure 1c) dans le centre de la feuille (10). La figure 2c) est une vue latérale de la figure 1d) dans le centre de la feuille (10). La figure 2d) est une vue latérale d’un mode de réalisation où les deux zones (Z1) (30) et (Z2) (20) ont la même dimension.
La figure 3 représente une vue latérale de différents modes de réalisation selon l’invention. La figure 3a) représente une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) où la zone (Z2) (20) est fixée par un côté à la zone (Z1) (30). La figure 3b) représente une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) où la zone (Z2) (20) est partiellement incorporée dans la zone (Z1) (30). La figure 3c) représente une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) où la zone (Z2) (20) est incorporée dans la zone (Z1) (30) de sorte qu’elles forment une surface commune. La figure 3d) représente une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) où la zone (Z2) (20) est complètement incorporée dans la zone (Z1) (30). La figure 3d) représente une composition composite polymérique (CCP) sous forme d’une feuille (10) où la zone (Z2) (20) est entourée par la zone (Z1) (30), de sorte que les surfaces supérieures et inférieures de la zone (Z2) (20) sont visibles.
Les modes de réalisation montrés comme exemple dans les figures ne sont pas de conception très complexe. Ils figurent simplement ici pour décrire le principe des différents modes de réalisation de base.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne une composition composite polymérique (CCP) thermoplastique comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un procédé pour la préparation d’une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), ledit procédé comprenant les étapes de :
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC.
Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne l’utilisation d’une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), pour un composite polymérique ou une composition composite polymérique pour une conception complexe ou où au moins une zone contribue au renforcement mécanique local.
Selon un cinquième aspect, la présente invention concerne un article comprenant une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
Selon un sixième aspect, la présente invention concerne un procédé pour la préparation d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), ledit procédé comprenant les étapes de :
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC
v) utilisation du produit obtenu de l’étape iv) en tant qu’article ou dans un article ou transformation du produit obtenu en un article.
Le terme «substrat fibreux», dans le présent contexte, désigne plusieurs fibres, des mèches unidirectionnelles ou un mat de filament continu, des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent se trouver sous forme de bandes, de nappes, de tresses, de mèches ou de pièces.
Le terme «(méth)acrylique», dans le présent contexte, désigne un quelconque type de monomère acrylique ou méthacrylique.
Le terme « PMMA », dans le présent contexte, désigne des homopolymères et des copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport en poids de MMA dans le PMMA étant d’au moins 70% en poids pour le copolymère de MMA.
Le terme «monomère», dans le présent contexte, désigne une molécule qui peut subir une polymérisation.
Le terme «polymérisation», dans le présent contexte, désigne le procédé de conversion d’un monomère ou d’un mélange de monomères en un polymère.
Le terme «polymère thermoplastique», dans le présent contexte, désigne un polymère qui devient liquide ou devient plus liquide ou moins visqueux ou mou lorsque chauffé et qui peut prendre de nouvelles formes par application de chaleur et de pression. Ceci s’applique également pour des polymères thermoplastiques légèrement réticulés qui peuvent être thermoformés lorsque chauffés au-dessus de la température de ramollissement.
Le terme «composite polymère», dans le présent contexte, désigne un matériau multicomposant comprenant plusieurs domaines de phase différents, parmi lesquels au moins un type de domaine de phase est une phase continue et dans lequel au moins un composant est un polymère.
Le terme « SMC », dans le présent contexte, signifie«sheet molding compound (terme technique en anglais)- composé à mouler en feuilles ». Préférablement le composé à mouler en feuilles est thermoplastique.
Le terme « conception complexe », dans le présent contexte, désigne une pièce qui peut être par exemple légèrement incurvée ou fortement incurvée, ou partiellement pliée. D’autres conceptions plus complexes sont imaginables par l’homme du métier.
Le terme «initiateur», dans le présent contexte, désigne un composé qui peut démarrer/initier la polymérisation d’un monomère ou de monomères.
L’abréviation «pcr» désigne des parties en poids par cent parties de composition. Par exemple, 1pcr de composé dans la composition signifie que 1kg de ce composé est ajouté à 100kg de composition.
L’abréviation «ppm» désigne des parties en poids par million de parties de composition. Par exemple, 1000ppm d’un composé dans la composition signifie que 0,1kg de composé est présent dans 100kg de composition.
En spécifiant qu’une plage va de x à y dans la présente invention, cela signifie que les limites supérieure et inférieure de cette plage sont incluses, ce qui est équivalent à au moins x et jusqu’à y.
En spécifiant qu’une plage est entre x et y dans la présente invention, cela signifie que les limites supérieure et inférieure de cette plage sont exclues, ce qui est équivalent à plus que x et moins que y.
La composition composite polymérique (CCP) selon l’invention comprend deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
Préférablement les deux zones (Z1) et (Z2) sont en contact direct. Les termes «contact direct» signifient que les deux zones (Z1) et (Z2) possèdent au moins une partie commune d’une surface. Il est également possible qu’une zone soit partiellement comprise dans l’autre zone. Il est également possible qu’une zone soit complètement comprise dans l’autre zone excepté une surface. Il est également possible qu’une zone soit complètement à l’intérieur de l’autre zone.
Dans un premier mode de réalisation préféré, la zone (Z1) (30) est plus grande que la zone (Z2) (20). Les termes «plus grande» signifient que la surface entière de la zone (Z1) (30) est plus grande que la zone de surface (Z2) (20). Puisque les deux zones sont en contact direct, la surface de la zone (Z1) qui est couverte par la zone (Z2) est comptée également. Dans la figure 1, par exemple où les deux zones (Z1) et (Z2) se trouvent sous forme de feuilles, la feuille de la zone (Z2) (20) est plus petite que la feuille de la zone (Z1) (30). Plus préférablement la surface de la zone (Z1) (30) est au moins 10 % plus grande que la surface de zone (Z2) (20).
Dans un deuxième mode de réalisation préféré, la zone (Z1) (30) et la zone (Z2) (20) ont environ la même taille. Les termes «environ la même taille» signifient que la zone (Z1) (30) possède une surface qui est au plus 10 % différente que la surface de zone (Z2) (20), plus grande ou plus petite.
Dans un troisième mode de réalisation préféré, la zone (Z1) (30) est plus petite que la zone (Z2) (20). Les termes «plus petite» signifient que la surface entière de la zone (Z1) (30) est plus petite que la zone de surface (Z2) (20). Puisque les deux zones sont en contact direct, la surface de la zone (Z2) qui est couverte par la zone (Z1) est comptée également. Plus préférablement la surface de la zone (Z1) (30) est au moins 10 % plus petite que la surface de zone (Z2) (20).
Préférablement la composition composite polymérique (CCP) selon l’invention est une composition composite polymérique (CCP) thermoplastique. Ceci signifie que la matrice polymérique des deux zones (Z1) et (Z2) est thermoplastique et comprend un polymère thermoplastique (TP1).
Préférablement, une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprend des fibres coupées en tant que matériau de renforcement (RM1). Plus préférablement la zone (Z1) comprend des fibres coupées en tant que matériau de renforcement (RM1).
En ce qui concerne lematériau de renforcement (RM1), il est préférablement choisi parmi des fibres coupées. Avantageusement les fibres coupées possèdent une longueur comprise entre 3 mm et 100 mm.
Les fibres coupées ont un diamètre compris entre 0,005µm et 100µm, préférablement entre 1µm et 50µm, plus préférablement entre 5µm et 30µm et avantageusement entre 10µm et 25µm.
Préférablement le matériau de renforcement (RM1) est choisi parmi des fibres naturelles et des fibres synthétiques. En tant que fibres naturelles, on peut mentionner les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales ou les fibres minérales.
Les fibres naturelles sont, par exemple, le sisal, le jute, le chanvre, le lin, le coton, les fibres de noix de coco et les fibres de banane. Les fibres animales sont, par exemple, la laine ou les poils.
En tant que matériau synthétique, mention peut être faite des fibres polymériques choisies parmi les fibres de polymères thermodurcissables, de polymères thermoplastiques ou des mélanges de ceux-ci.
Les fibres polymériques peuvent être constituées de polyamide (aliphatique ou aromatique), de polyester, de poly(alcool vinylique), de polyoléfines, de polyuréthanes, de poly(chlorure de vinyle), de polyéthylène, de polyesters insaturés, de résines époxy et d’esters vinyliques.
Les fibres minérales peuvent également être choisies parmi des fibres de verre, en particulier de type E, R ou S2, des fibres de carbone, des fibres de bore et des fibres de silice.
Le matériau de renforcement (RM1) sous forme de fibres coupées de la présente invention est choisi parmi les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales, les fibres minérales, les fibres polymériques synthétiques, les fibres de verre et les fibres de carbone, et des mélanges de ceux-ci. Préférablement, il est choisi parmi les fibres minérales.
[010] Le matériau de renforcement (RM1) sous forme de fibres coupées représente entre 5 % et 60 % en poids de la zone (Z2).
En ce qui concerne lematériau de renforcement (RM2), s’il est présent, il est choisi parmi des fibres longues et des fibres continues et un substrat fibreux composé de fibres longues et un substrat fibreux composé de fibres continues en tant que matériau de renforcement ; et une charge minérale.
Dans un premier mode de réalisation préféré, le matériau de renforcement (RM2) est choisi parmi des fibres longues et des fibres continues. Les fibres longues possèdent une longueur d’au moins 100 mm, plus préférablement 120 mm, encore plus préférablement 150 mm, au moins 200 mm. Le rapport d’aspect des fibres (rapport longueur/diamètre) est d’au moins 5 000, plus préférablement d’au moins 10000 et encore plus préférablement 15000.
Dans un deuxième mode de réalisation préféré, le matériau de renforcement (RM2) est choisi parmi un substrat fibreux composé de fibres longues et un substrat fibreux composé de fibres continues. Le rapport d’aspect des fibres longues (rapport longueur/diamètre) est d’au moins 5 000, plus préférablement d’au moins 10000 et encore plus préférablement 15000. Pour le substrat fibreux, mention peut être faite de plusieurs fibres, de mèches unidirectionnelles ou de mat de filament continu, de tissus, de feutres ou de non-tissés qui peut se trouver sous forme de bandes, de nappes, de tresses, de mèches ou de pièces. Le substrat fibreux peut avoir des formes et des dimensions variées, soit bidimensionnelles, soit tridimensionnelles. Un substrat fibreux comprend un assemblage d’une ou de plusieurs fibres. Lorsque les fibres sont continues, leur assemblage forme des tissus. La forme bidimensionnelle correspond à des mats fibreux ou des renforcements ou des faisceaux de fibres non-tissés ou tissés, qui peuvent également être tressés. Même si la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée comme étant bidimensionnelle selon la présente invention. La forme tridimensionnelle correspond par exemple à des mats fibreux ou des renforcements non tissés ou des faisceaux de fibres empilés ou pliés ou des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme bidimensionnelle dans la troisième dimension. Préférablement, les fibres du substrat fibreux de la présente invention sont choisies parmi des fibres longues ou continues pour la forme bidimensionnelle ou tridimensionnelle du substrat fibreux.
Dans un troisième mode de réalisation préféré, le matériau de renforcement (RM2) est choisi parmi une charge minérale. La charge minérale se trouve sous forme de particules. Les particules possèdent une taille moyenne pondérée de particule comprise entre 0,5 µm et 1 000 µm.
Les fibres du matériau de renforcement (RM2) possèdent un diamètre compris entre 0,005µm et 100µm, préférablement entre 1µm et 50µm, plus préférablement entre 5µm et 30µm et avantageusement entre 10µm et 25µm.
Préférablement le matériau de renforcement (RM2) est choisi parmi des fibres naturelles et des fibres synthétiques. En tant que fibres naturelles, on peut mentionner les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales ou les fibres minérales.
Les fibres naturelles sont, par exemple, le sisal, le jute, le chanvre, le lin, le coton, les fibres de noix de coco et les fibres de banane. Les fibres animales sont, par exemple, la laine ou les poils.
En tant que matériau synthétique, mention peut être faite des fibres polymériques choisies parmi les fibres de polymères thermodurcissables, de polymères thermoplastiques ou des mélanges de ceux-ci.
Les fibres polymériques peuvent être constituées de polyamide (aliphatique ou aromatique), de polyester, de poly(alcool vinylique), de polyoléfines, de polyuréthanes, de poly(chlorure de vinyle), de polyéthylène, de polyesters insaturés, de résines époxy et d’esters vinyliques.
Les fibres minérales peuvent également être choisies parmi des fibres de verre, en particulier de type E, R ou S2, des fibres de carbone, des fibres de bore et des fibres de silice.
Le matériau de renforcement (RM2) sous forme de fibres coupées de la présente invention est choisi parmi les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales, les fibres minérales, les fibres polymériques synthétiques, les fibres de verre et les fibres de carbone, et des mélanges de ceux-ci. Préférablement, il est choisi parmi les fibres minérales.
Les fibres du matériau de renforcement (RM2) et (RM1) peuvent être de même nature ; leurs différences est la longueur des fibres.
La matrice polymérique des deux zones (Z1) et (Z2) est thermoplastique et comprend un polymère thermoplastique (TP1).
En ce qui concerne le polymère thermoplastique (TP1), dans un premier mode de réalisation préféré c’est un polymère (méth)acrylique (P1), mention peut être faite des poly(méthacrylates d’alkyle) ou des poly(acrylates d’alkyle). Selon un mode de réalisation préféré, le polymère (méth)acrylique est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).
Le terme «PMMA» désigne un homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) ou des mélanges de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, l’homopolymère ou le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend au moins 70%, préférablement au moins 80%, avantageusement au moins 90% en poids de méthacrylate de méthyle.
Selon un autre mode de réalisation, le PMMA est un mélange d’au moins un homopolymère et d’au moins un copolymère de MMA, ou un mélange d’au moins deux homopolymères ou deux copolymères de MMA ayant un poids moléculaire moyen différent, ou un mélange d’au moins deux copolymères de MMA ayant une composition de monomères différente.
Le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 70% à 99,9% en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,1 % à 30% en poids d’au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut être copolymérisé avec le méthacrylate de méthyle.
Ces monomères sont bien connus, et mention peut être faite notamment des acides acrylique et méthacrylique et des (méth)acrylates d’alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient de 1 à 12atome(s) de carbone. En tant qu’exemples, mention peut être faite de l’acrylate de méthyle et du (méth)acrylate d’éthyle, de butyle ou de 2-éthylhexyle. De préférence, le comonomère est un acrylate d’alkyle dans lequel le groupe alkyle contient de 1 à 4atome(s) de carbone.
Selon un premier mode de réalisation préféré, le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 80% à 99,9%, avantageusement de 85% à 99,9% et plus avantageusement de 90% à 99,9% en poids de méthacrylate de méthyle, et de 0,1% à 20%, avantageusement de 0,1% à 10% et plus avantageusement de 0,1% à 15% en poids d’au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut être copolymérisé avec le méthacrylate de méthyle. Préférablement, le comonomère est choisi parmi l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acrylate de méthyle et l’acrylate d’éthyle, et des mélanges de ceux-ci.
La masse moléculaire moyenne en poids du polymère (méth)acrylique (P1) doit être élevée, ce qui signifie supérieure à 50000g/mole et préférablement supérieure à 100000g/mole.
La masse moléculaire moyenne en poids peut être mesurée par chromatographie d’exclusion stérique (CES).
Concernant le polymère thermoplastique (TP1)dans un deuxième mode de réalisation préféré, c’est un polymère contenant du fluor (F1).
Dans un premier mode de réalisation préféré la matrice polymérique des deux zones (Z1) et (Z2) de la composition composite polymérique (CCP) comprend un polymère (méth)acrylique (P1).
Dans un deuxième mode de réalisation préféré la matrice polymérique des deux zones (Z1) et (Z2) de la composition composite polymérique (CCP) comprend un polymère thermoplastique différent (TP1).
Dans un troisième mode de réalisation préféré la matrice polymérique des deux zones (Z1) et (Z2) de la composition composite polymérique (CCP) comprend un mélange de deux polymères thermoplastiques différents (TP1).
Les termes « polymères thermoplastiques différents» (TP1) signifient la nature chimique du polymère.
Le procédé pour la fabrication d’une composition composite polymérique (CCP) comprend les étapes de :
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC.
Dans l’étape i), le SMC (composé à mouler en feuilles) mis à disposition comprend encore des composants non complètement polymérisés. Ce peut être un monomère.
Dans un premier mode de réalisation préféré le monomère est un monomère (méth)acrylique (M1), choisi parmi l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, les monomères acryliques d’alkyle, les monomères méthacryliques d’alkyle, les monomères acryliques d’hydroxyalkyle et les monomères méthacryliques d’hydroxyalkyle, et leurs mélanges.
Préférablement, le monomère (méth)acrylique (M1) est choisi parmi l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, les monomères acryliques d’hydroxyalkyle, les monomères méthacryliques d’hydroxyalkyle, les monomères acryliques d’alkyle, les monomères méthacryliques d’alkyle et les mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant de 1 à 22carbone(s), linéaire(s), ramifié(s) ou cyclique(s); le groupe alkyle contenant de préférence 1 à 12carbone(s), linéaire(s), ramifié(s) ou cyclique(s).
Avantageusement, le monomère (méth)acrylique (M1) est choisi parmi le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d’éthyle, l’acrylate de méthyle, l’acrylate d’éthyle, l’acide méthacrylique, l’acide acrylique, l’acrylate de n-butyle, l’acrylate d’isobutyle, le méthacrylate de n-butyle, le méthacrylate d’isobutyle, l’acrylate de cyclohexyle, le méthacrylate de cyclohexyle, l’acrylate d’isobornyle, le méthacrylate d’isobornyle, l’acrylate d’hydroxyéthyle et le méthacrylate d’hydroxyéthyle et des mélanges de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50% en poids et préférablement au moins 60% en poids du monomère (méth)acrylique (M1) est du méthacrylate de méthyle.
Selon un premier mode de réalisation plus préféré, au moins 50% en poids, préférablement au moins 60% en poids, plus préférablement au moins 70% en poids, avantageusement au moins 80% en poids et encore plus avantageusement 90% en poids du monomère (M1) est un mélange de méthacrylate de méthyle avec éventuellement au moins un autre monomère.
Dans l’étape ii) la composition polymérique (PC2) comprend un polymère thermoplastique (TP1).
La composition polymérique (PC2) comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1) peut être une pièce composite préparée par RTM (moulage par transfert de résine) et des variations telles que HP-RTM, C-RTM ou I-RTM; LCM (moulage par transfert de liquide) ou pultrusion. La composition polymérique (PC2) peut se trouver sous forme d’une feuille.
La composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement (RM2) peut-être une feuille thermoplastique, composée d’au moins un polymère thermoplastique (TP1). Dans un mode de réalisation, la feuille est transparente. Dans un autre mode de réalisation, la feuille est colorée. Encore dans un autre mode de réalisation, la feuille est trouble.
L’étape iii) définit partiellement la forme finale de la composition composite polymérique (CCP). En fonction de la taille et de la sorte des composés mis à disposition, les mettre en contact. Du fait de ceci, les formes données dans les figures 3a à 3e peuvent être obtenues.
L’étape iv) peut par exemple avoir lieu dans un moule chauffé. Sous pression, une température comprise entre 50 °C et 200 °C est choisie, préférablement entre 60 °C et 180 °C et plus préférablement entre 70 °C et 150 °C. La pression appliquée est par exemple comprise entre 25 bars et 150 bars.
L’invention concerne également un procédé pour la préparation d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant une composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1), ledit procédé comprenant les étapes de :
i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
iv) polymérisation ou durcissement du SMC
v) utilisation du produit obtenu en tant qu’article ou dans un article ou transformation du produit obtenu en un article.
Le procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant la composition composite polymérique (CCP), peut de plus comprendre l’étape de postformage. Le postformage comprend le cintrage en tant que changement de la forme du produit obtenu.
Le procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant la composition composite polymérique (CCP), peut de plus comprendre l’étape de soudage ou de collage ou de laminage.
En ce qui concerne l’utilisation des articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant la composition composite polymérique (CCP) ou de l’article lui-même, mention peut être faite des applications automobiles, des applications de transport telles que des bus ou des camions, des applications dans le domaine nautique, des applications ferroviaires, de sport, des applications aéronautiques et aérospatiales, des applications photovoltaïques, des applications informatiques, des applications dans le domaine de la construction et du bâtiment, des applications dans les télécommunications et des applications dans le domaine de l’énergie éolienne.
La pièce mécanique est notamment une pièce de véhicule automobile, une pièce de bateau, une pièce de bus, une pièce de train, un article de sport, une pièce d’avion ou d’hélicoptère, une pièce de vaisseau spatial ou de fusée, une pièce de module photovoltaïque, un matériau de construction ou de bâtiment, une pièce d’éolienne, une pièce de meuble, une pièce de construction ou de bâtiment, une pièce de téléphone ou de téléphone mobile, une pièce d’ordinateur ou de télévision, ou une pièce d’imprimante ou de photocopieur.

Claims (17)

  1. Composition composite polymérique (CCP) comprenant deux zones (Z1) et (Z2), au moins une zone parmi lesdites zones (Z1) et (Z2) comprenant un matériau de renforcement (RM1), caractérisée en ce que l’autre zone desdites zones (Z1) et (Z2) ne comprend pas de matériau de renforcement ou comprend un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1).
  2. Composition composite polymérique (CCP) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux zones (Z1) et (Z2) sont en contact direct.
  3. Composition composite polymérique (CCP) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’une zone desdites zones (Z1) et (Z2) comprend des fibres coupées en tant que matériau de renforcement (RM1).
  4. Composition composite polymérique (CCP) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les fibres coupées en tant que matériau de renforcement (RM1) possèdent une longueur comprise entre 3 mm et 100 mm.
  5. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’autre zone, qui n’est pas des fibres coupées en tant que matériau de renforcement (RM1), comprend des fibres longues ou des fibres continues ou un substrat fibreux composé de fibres longues ou de fibres continues en tant que matériau de renforcement (RM2).
  6. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’autre zone comprend des fibres en tant que matériau de renforcement (RM2) possédant un rapport d’aspect d’au moins 10000.
  7. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’autre zone comprend en tant que matériau de renforcement (RM2) un substrat fibreux composé de fibres longues ou un substrat fibreux composé de fibres continues.
  8. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’autre zone ne comprend pas de matériau de renforcement.
  9. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’autre zone comprend une charge minérale en tant que matériau de renforcement (RM2).
  10. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les deux zones desdites zones (Z1) et (Z2) comprennent un polymère thermoplastique (TP1).
  11. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’au moins une zone desdites zones (Z1) et (Z2) comprend un polymère (méth)acrylique (P1).
  12. Composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les deux zones desdites zones (Z1) et (Z2) comprennent un polymère (méth)acrylique (TP1).
  13. Procédé pour la fabrication d’une composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications1 à 12, ledit procédé comprenant les étapes de:
    i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
    ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
    iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
    iv) polymérisation ou durcissement du SMC.
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la composition polymérique (PC2) se trouve sous forme d’une feuille.
  15. Utilisation de la composition selon l’une quelconque des revendications1 à 12 pour une conception complexe.
  16. Article comprenant la composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications1 à 12.
  17. Procédé pour la fabrication d’articles sous forme de pièces mécaniques ou d’éléments structuraux comprenant la composition composite polymérique (CCP) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ledit procédé comprenant les étapes de
    i) mise à disposition d’un SMC comprenant un matériau de renforcement (RM1)
    ii) mise à disposition d’une composition polymérique (PC2) ne comprenant pas de matériau de renforcement ou comprenant un matériau de renforcement (RM2) qui est différent du matériau de renforcement (RM1);
    iii) mise en contact direct du matériau polymérique mis à disposition dans ii) avec le SMC
    iv) polymérisation ou durcissement du SMC
    v) utilisation du produit obtenu en tant qu’article ou dans un article ou transformation du produit obtenu en un article.
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